TW202221368A - 用於光纖通訊的基於超表面的光學信號操控裝置 - Google Patents

用於光纖通訊的基於超表面的光學信號操控裝置 Download PDF

Info

Publication number
TW202221368A
TW202221368A TW110103485A TW110103485A TW202221368A TW 202221368 A TW202221368 A TW 202221368A TW 110103485 A TW110103485 A TW 110103485A TW 110103485 A TW110103485 A TW 110103485A TW 202221368 A TW202221368 A TW 202221368A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
fiber
input
output
metasurfaces
optical
Prior art date
Application number
TW110103485A
Other languages
English (en)
Inventor
保羅克羅維斯 丹尼斯二世
黎康梅
明軍 李
楊俊
Original Assignee
美商康寧公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商康寧公司 filed Critical 美商康寧公司
Publication of TW202221368A publication Critical patent/TW202221368A/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/264—Optical coupling means with optical elements between opposed fibre ends which perform a function other than beam splitting
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2581—Multimode transmission
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/04—Mode multiplex systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/002—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of materials engineered to provide properties not available in nature, e.g. metamaterials
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B2207/00—Coding scheme for general features or characteristics of optical elements and systems of subclass G02B, but not including elements and systems which would be classified in G02B6/00 and subgroups
    • G02B2207/101—Nanooptics
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02042—Multicore optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/34—Optical coupling means utilising prism or grating

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

一種設備，包含光纖輸入，光纖輸入包含接收複數個輸入光學信號的複數個輸入光纖纖芯。設備亦包含光學信號操縱裝置，其為以下之一：光纖模態混洗器、光纖耦合器、功率分配器或90度光學混合器。光學信號操縱裝置包含保持為與光纖輸入隔開的輸入孔、輸出孔、與複數個超表面，超表面操縱複數個輸入光學信號的相位輪廓，以生成具有不同於輸入光學信號的空間佈置的複數個輸出光學信號。輸出光纖與輸出孔保持間隔開，使得光纖輸出的光纖纖芯接收複數個輸出光學信號。

Description

用於光纖通訊的基於超表面的光學信號操控裝置
對於相關申請案的交互參照：本申請案根據專利法第28條之規定，主張對於申請於2020年11月25日的美國臨時申請案第63/118,324號的優先權，在此仰賴且併入此美國臨時申請案之內容以作為參考。
本說明書總體上涉及光通信系統，並且更具體地涉及用於光纖通信的光纖信號操縱裝置。
光纖傳輸系統用於數據中心和光網絡中，以光學方式連接複數個不同的光學裝置。為了增加這種光傳輸系統的容量，已經研究了各種空分複用技術，包括多模光纖、多芯光纖或光纜系統。為了介面連接這種多路復用光纖傳輸系統的各個組件，可能有必要藉由複數個不同的光纖路由光學信號或在特定的光纖傳輸系統內重新排列光學信號。例如，光纖模態混洗器可以改變藉由光纖傳輸系統的多芯光纖傳播的光學信號的佈置。當前的光學信號操縱裝置（例如光纖模態混洗器）難以組裝、笨重和/或遭受耦合效率低下的困擾。
本揭示內容的第一態樣包括一種設備，設備包括光纖輸入、光纖輸出和光學信號操縱裝置。光纖輸入包括複數個輸入光纖芯，複數個輸入光纖芯接收複數個輸入光學信號。光學信號操縱裝置包含輸入孔與複數個超表面，輸入孔與光纖輸入保持間隔開，以便在第一空間佈置中接收複數個輸入光學信號。複數個超表面中的每個超表面包括複數個奈米結構，複數個奈米結構彼此間隔開小於複數個輸入光學信號的波長。光學信號操縱裝置進一步包括輸出孔。複數個超表面操縱複數個輸入光學信號的相位輪廓以產生複數個輸出光學信號。複數個輸出光學信號在輸出孔處具有不同於第一空間佈置的第二空間佈置。設備進一步包含光纖輸出，光纖輸出包括複數個輸出光纖芯，其中光纖輸出相對於光學信號操縱裝置的輸出孔以一定的間隔保持，使得複數個輸出光纖芯在第二空間佈置中接收複數個輸出光學信號。光學信號操縱裝置包括下列之一者：光纖模態混洗器、光纖耦合器、功率分配器或90度光學混合器。
本揭示內容的第二態樣包含根據第一態樣的裝置，其中光纖輸入包括第一多纖芯光纖，並且複數個輸入光纖芯佈置在第一多纖芯光纖的公共包層中。
本揭示內容的第三態樣包含根據第一至第二態樣之任一態樣的裝置，其中複數個輸入光纖芯以與複數個輸入光學信號的第一空間關係相對應的佈置設置在公共包層中。
本揭示內容的第四態樣包含根據第一至第三態樣之任一態樣的裝置，其中光纖輸出包括第二多纖芯光纖，並且複數個輸出光纖芯以與複數個輸出光學信號的第二空間關係相對應的佈置設置在第二多纖芯光纖的公共包層中。
本揭示內容的第五態樣包含根據第一至第四態樣之任一態樣的裝置，其中光纖輸入包括第一單纖芯光纖陣列，並且光纖輸出包括第二單纖芯光纖陣列。
本揭示內容的第六態樣包含根據第一至第五態樣之任一態樣的裝置，其中第一和第二單纖芯光纖陣列包括相同的纖芯間隔。
本揭示內容的第七態樣包含根據第一至第六態樣之任一態樣的裝置，其中複數個超表面包括第一超表面和第二超表面，第一超表面包括基於第一空間佈置以一圖案佈置的第一複數個奈米結構，使得第一複數個奈米結構改變第一超表面和第二超表面之間的複數個輸入光學信號的波前傾斜度。
本揭示內容的第八態樣包含根據第一至第七態樣之任一態樣的裝置，其中第二超表面在第二空間佈置中將複數個輸出光學信號朝向複數個輸出光纖芯重定向。
本揭示內容的第九態樣包含一種光纖模態混洗器，包含：透射基板，包括輸入孔，輸入孔用於從輸入光纖接收複數個輸入光學信號；以及複數個超表面，該複數個超表面中的至少一個超表面設置在該透射基板上。複數個超表面中的每個超表面沿著複數個輸入光學信號透過透射基板的傳播路徑彼此分離。複數個輸入光學信號與複數個超表面的每個超表面互動，使得複數個超表面修改複數個輸入光學信號的相位輪廓以產生複數個輸出光學信號。複數個超表面中的每個超表面包括複數個奈米結構，複數個奈米結構具有結構佈置，結構佈置係基於輸入光纖的光纖芯的佈置和複數個輸出光學信號的期望空間佈置而決定。複數個超表面改變複數個輸入光學信號的波前傾斜，使得複數個輸出光學信號在輸出孔處具有期望空間佈置。光纖模態混洗器包含輸出孔，輸出孔用於將複數個輸出光學信號發射到輸出光纖，輸出光纖包括複數個光纖芯，用於以期望空間佈置接收複數個輸出光學信號，其中輸出光纖的複數個光纖芯佈置的方式與輸入光纖的複數個光纖芯相同。
本揭示內容的第十態樣包含根據第九態樣的光纖模態混洗器，其中複數個超表面的組合相位輪廓包括不對稱結構。
本揭示內容的第十一態樣包含根據第九至第十態樣之任一態樣的光纖模態混洗器，其中複數個超表面的組合相位輪廓包括以不對應於輸入光纖和輸出光纖的光纖芯的佈置的方式佈置的複數個特徵。
本揭示內容的第十二態樣包含根據第九至第十態樣之任一態樣的光纖模態混洗器，其中複數個超表面中的每個超表面的複數個奈米結構彼此間隔開小於複數個輸入光學信號的波長。
本揭示內容的第十三態樣包含根據第九至第十二態樣之任一態樣的光纖模態混洗器，其中輸入光纖和輸出光纖包括多纖芯光纖。
本揭示內容的第十四態樣包含根據第九至第十三態樣之任一態樣的光纖模態混洗器，其中輸入光纖和輸出光纖包括單纖芯光纖陣列。
本揭示內容的第十五態樣包括一種設備，包括：輸入光纖，具有穿過其中傳播的輸入光學信號；以及與輸入光纖間隔開地保持的光纖耦合器。光纖耦合器包含：用於接收輸入光學信號的一或多個輸入孔；用於從光纖耦合器發射輸出光學信號的一或多個輸出孔；複數個超表面，複數個超表面沿著在一或多個輸入孔和一或多個輸出孔之間的輸入光學信號的傳播路徑佈置。輸入光學信號與複數個超表面中的每個超表面互動，使得複數個超表面修改複數個輸入光學信號的相位輪廓，複數個超表面中的每個超表面包括複數個奈米結構，複數個奈米結構具有結構佈置，結構佈置係基於輸入光學信號中的第一光學信號數量、輸出光學信號中的第二光學信號數量、以及輸出光學信號中的光學信號之間的期望功率分佈來決定。設備亦包含輸出光纖，輸出光纖與輸出孔保持間隔開，以接收輸出光學信號。
本揭示內容的第十六態樣包含根據第十五態樣的設備，其中輸入光學信號中的第一光學信號數量等於輸出光學信號中的第二光學信號數量。
本揭示內容的第十七態樣包含根據第十五至第十六態樣中之任一態樣的設備，其中輸入光學信號中的第一光學信號數量小於輸出光學信號中的第二光學信號數量。
本揭示內容的第十八態樣包含根據第十五至第十七態樣之任一態樣的設備，其中光纖耦合器用作功率分配器，功率分配器將輸入光學信號分成輸出光纖的不同光纖芯。
本揭示內容的第十九態樣包含根據第十五至第十八態樣中之任一態樣的設備，其中輸入光學信號中的第一光學信號數量大於輸出光學信號中的第二光學信號數量。
本揭示內容的第二十態樣包含根據第十五至第十九態樣之任一態樣的設備，其中：光纖輸入包括單纖芯光纖，且輸入光學信號包括單光學信號；輸出光纖包括兩個或多個單纖芯光纖；複數個超表面中的第一超表面的複數個奈米結構在結構上被佈置為改變輸入光學信號的不同部分的波前傾斜，以分離不同部分；和複數個超表面中的第二超表面的複數個奈米結構在結構上被佈置為以與輸出光纖的纖芯相對應的佈置將分離的不同部分朝向輸出孔引導。
本揭示內容的第二十一態樣包括一種設備，包括：輸入光纖，輸入光纖具有複數個傳播透過其中的輸入光學信號；90度光學混合裝置，90度光學混合裝置與輸入光纖保持一定距離。90度光學混合裝置包括：複數個輸入孔，複數個輸入孔用於接收複數個輸入光學信號；複數個輸出孔，複數個輸出孔用於從光混合裝置發射複數個輸出光學信號；和複數個超表面，複數個超表面沿著輸入光學信號在複數個輸入孔和複數個輸出孔之間的傳播路徑佈置。複數個輸入光學信號與複數個超表面中的每個超表面互動，使得複數個超表面修改複數個輸入光學信號的相位輪廓。複數個超表面中的每個超表面包括複數個奈米結構，複數個奈米結構在結構上被佈置為組合具有變化的相位差的複數個輸入信號以生成複數個輸出光學信號，使得複數個輸出光學信號中的每個輸出光學信號都包含複數個輸入光學信號的不同組合。設備亦包含輸出光纖，輸出光纖與輸出孔保持間隔開，以接收輸出光學信號。
本揭示內容的第二十二態樣包含根據第二十一態樣的設備，其中：複數個輸入光學信號包括第一信號和參考信號；和複數個超表面將第一信號與參考信號的四個正交狀態混合以生成複數個輸出光學信號。
本揭示內容的第二十三態樣包含根據第二十至第二十一態樣之任一態樣的設備，其中輸入光纖和輸出光纖中的至少一個包括2×2多纖芯光纖。
本文所揭示的處理與系統的額外的特徵與優點，將闡述於下面的實施方式中，在相關技術領域中具有通常知識者根據說明將可顯然得知這些特徵與優點的部分，或者，在相關技術領域中具有通常知識者藉由實作本文（包含實施方式、接續其後的申請專利範圍、以及附加圖式）所說明的具體實施例將可理解到這些特徵與優點的部分。
應瞭解到，上文的一般性說明與下文的詳細說明說明了各種具體實施例，且意為提供概觀或框架以期瞭解所請技術主題的本質與特性。包含附加圖式以期進一步瞭解各種具體實施例，這些圖式被併入本說明書且構成本說明書的一部分。圖式圖示說明本文所說明的各種具體實施例，並與說明一起解釋所請技術主題的原理與作業。
現在將詳細地參考光學信號操縱裝置的實施例，裝置包括改變輸入光纖和輸出光纖之間的光學信號的相位輪廓的複數個超表面。輸入光纖輸入可以包括複數個輸入光纖芯（例如佈置在多纖芯光纖中、佈置在單纖芯光纖的陣列中等），並且被保持為與包括複數個超表面的光學信號操縱裝置的輸入孔成間隔關係。每個超表面可以包括佈置在各個部分中的複數個奈米結構，以操縱光學信號的相位輪廓。在實施例中，複數個超表面可以使複數個光學信號的波前傾斜，以便以期望的方式改變每個光學信號的傳播方向。在實施例中，複數個超表面可以進一步改變傾斜的光學信號的相位輪廓，從而將傾斜的光學信號重定向到光學信號操縱裝置的輸出孔。可以相對於輸出孔定位輸出光纖的複數個輸出光纖芯，以接收重定向的光學信號。可以根據實施方式來改變超表面的數量和配置，以實現光學信號操縱裝置內的光學信號的各種不同的修改。例如，在實施例中，光學信號操縱裝置包括光纖模態混洗器，光纖模態混洗器改變透過多纖芯光纖或單纖芯光纖陣列傳播的光學信號的空間佈置。在實施例中，光學信號操縱裝置包括90度光學混合器。在實施例中，光學信號操縱裝置包括光纖耦合器或功率分配器。在實施例中，光學信號操縱裝置包括光學扇出或扇入裝置，其中多纖芯光纖的光纖芯光學耦合至單纖芯光纖的陣列，反之亦然。可以調節複數個超表面的組合的相位輪廓，以實現本文所述的任何功能。
有利地，本文所述的光學信號操縱裝置的複數個超表面是高度可配置的，並且可以以高空間解析度（例如，使用奈米光刻技術）來製造。這樣的靈活性允許以最小的製造技術修改來容納纖芯的任何佈置。此外，光學信號操縱裝置可以單片集成在單個基板上，從而使它們比現有裝置更緊湊。與現有的光學信號操縱裝置不同，本文描述的光學信號操縱裝置可以被集成到光纖到光纖連接器等中。
如本文所用，術語「超表面」是指設置在表面上的複數個奈米結構，奈米結構彼此隔開小於或等於與超表面相互作用的光學信號的波長。特定超表面的每個結構可以與超表面的至少一個其他結構隔開小於波長。大於波長的間隙將不同的超表面隔開。
本文所使用的用詞「約」，表示數量、尺寸、配方、參數、和其他數量和特性不是並且不必是精確的，但可根據所需而為近似的及（或）更大或更小的、反映公差、轉換因素、四捨五入、測量誤差等等、以及本領域技術人員已知的其他因素。當用詞「約」用於描述範圍的值或端點時，包括所提及的特定的值或端點。無論範圍的數值或端點是否表示「約」，旨在包括兩個實施方案：一個用「約」修飾，一個不用「約」修飾。將進一步瞭解到，每個範圍的端點對於另一端點而言都是重要的，並且獨立於另一端點。
本文所使用的方向性用詞，例如上、下、右、左、前、後、頂、底，僅為參照所繪製的圖式，且不意為隱含絕對定向。
本文所使用的單數形式「一(a)」、「一(an)」以及「該」，包含複數的參照物，除非背景內容清楚表示並非如此。因此，例如，對於「一」部件的參照，包含具有兩個或更多個此種部件的態樣，除非背景內容清楚表示並非如此。
圖1A示意性地描繪了根據示例實施例的光學系統100。光學系統100可以是光纖網路的一部分。如圖所示，光學系統100包括輸入光纖102、光學信號操縱裝置104和輸出光纖106。輸入光纖102光學耦合到第一光學裝置103，並從第一光學裝置103接收輸入光學信號108。如本文所述，光學信號操縱裝置104包括複數個超表面122和124，複數個超表面122和124操縱輸入光學信號108的相位輪廓以產生輸出光學信號110，輸出光學信號110從光學信號操縱裝置104發射到輸出光纖106中。輸出光纖106光學耦合到第二光學裝置107，以向其傳遞輸出光學信號110。
第一光學裝置103和第二光學裝置107可取決於光學系統100的實施方式和上下文而採取各種形式。例如，在實施例中，光學系統100是光纖網路系統的組件，並且第一光學裝置103包括第一光學開關，第二光學裝置107包括第二光學開關，用於透過光纖網路系統路由光學信號。在這種情況下，光學信號操縱裝置104可以用作光纖模態混洗器，以有效地增加第一光學裝置103和第二光學裝置107的開關容量。在另一示例中，第一光學裝置103可以包括光發送器，光發送器被配置為經由光通信鏈路（未示出）將輸入光學信號108發送到輸入光纖102。第二光學裝置107可以包括用於對輸出光學信號110執行各種操作（例如，對輸出光學信號110執行測量，將輸出光學信號110路由到其他組件等）的光接收器（例如，在頭端、交換中心等處實現的接收器系統）。
輸入光學信號108和輸出光學信號110可取決於實施方式而採取多種形式。在實施例中，輸入光學信號108是向下傳播到輸入光纖102的單模信號。例如，輸入光學信號108可以包括在頻帶（例如，O頻帶、C頻帶、L頻帶、或更短的波長窗中大於或等於850nm且小於或等於940 nm）的單個波長λ處的信號。在這樣的實施例中，輸入光纖102可以包括單纖芯光纖。在實施例中，輸入光學信號108包括複數個光學信號。在所描繪的實施例中，輸入光學信號包括第一輸入光學信號112、第二光學信號114和第三輸入光學信號116。在實施例中，輸入光學信號108包括大於或等於2（例如，大於或等於3，大於或等於4，大於或等於5，大於或等於10）的光學信號。
在實施例中，第一、第二和第三光學信號112、114和116可以根據輸入和輸出光纖102和106的配置以各種不同的方式傳播透過輸入光纖102。例如，如圖1B所示，在實施例中，輸入光纖102包括多纖芯光纖128，多纖芯光纖128包括複數個纖芯130，並且第一、第二和第三光學信號112、114和116中的每一個都傳播透過複數個纖芯130中的個別一纖芯。複數個纖芯130設置在多纖芯光纖128的公共包層132中。儘管圖1B描繪了以2×2正方形圖案佈置的複數個纖芯130，但是應當理解，多纖芯光纖128可以包括任何數量和佈置的纖芯。在實施例中，如圖1C所示，輸入光纖102包括單纖芯光纖陣列134，單纖芯光纖陣列134包括佈置在殼體138中的多個單纖芯光纖136。在所描繪的示例中，殼體138包括引導複數個單纖芯纖維136穿過殼體138的複數個v形凹槽140。在實施例中，複數個v形凹槽140被佈置成使得複數個單纖芯纖維136中的每一個的纖芯彼此間隔開距離d o。
參考圖1A所示，取決於實現方式，輸出光纖106還可包括多纖芯光纖或單纖芯光纖陣列。輸入光纖102和輸出光纖106可包括光纖佈置的任何組合，這取決於本文所述的光學信號操縱裝置104的實施方式。在實施例中，例如，輸入光纖102包括單纖芯光纖陣列（例如，類似於本文參照圖1C描述的單纖芯光纖陣列134），而輸出光纖106包括多纖芯光纖（例如，與本文參照圖1B描述的多纖芯光纖128類似）。在實施例中，輸入光纖102包括多纖芯光纖，而輸出光纖106包括單纖芯光纖陣列。在實施例中，輸入光纖102和輸出光纖106都包括多纖芯光纖。在實施例中，輸入光纖102和輸出光纖106均包括單纖芯光纖陣列。根據實現方式，輸入光纖102和輸出光纖106可包括相同或不同數量的纖芯。在實施例中，輸入光纖102和輸出光纖106包括相同的纖芯佈置（例如，輸入光纖102和輸出光纖106都可以包括具有相同纖芯結構的多纖芯光纖）。
光學信號操縱裝置104包括輸入孔118、複數個超表面122和124以及輸出孔120。在實施例中，光學信號操縱裝置104包括透射基板121，透射基板121對於輸入光學信號108的光的波長λ是透明的。本文所用術語「透明的」是指材料的線性光學吸收小於波長的每毫米材料深度的20％，例如對於一波長小於波長的每毫米材料深度的10％，或對於指定波長小於每毫米材料深度的1％。例如，在實施例中，輸入光學信號108的第一、第二和第三光學信號112、114和116可以是在特定波長λ（例如1550nm）處的單模信號，並且透射基板121在特定波長λ下是透明的。在實施例中，透射基板121由玻璃、聚合物（例如SU8）或其他合適的透明材料構成。在此描述的每個透射基板在透過其傳播的光學信號的波長操作窗口內可以是透明的。
在實施例中，複數個超表面122和124中的至少一個設置在透射基板121上。在實施例中，複數個超表面122和124中的每個都設置在透射基板121的一或多個表面上。在實施例中，輸入孔118包括透射基板121的表面，表面允許輸入光學信號108的光進入透射基板121。儘管描繪了複數個超表面122和124與輸入孔118和輸出孔120分離，但是應當理解，複數個超表面122和124中的一或多個可以設置在輸入孔118或輸出孔120處或與輸入孔118或輸出孔120重疊，具體取決於實施方式。
沿著透過光學信號操縱裝置104（例如，穿過透射基板121）的輸入光學信號108的傳播路徑123設置複數個超表面122和124。複數個超表面122和124中的每個包括彼此間隔小於輸入光學信號108的波長λ的複數個奈米結構。複數個超表面122中的每個的複數個奈米結構包括空間變化的參數（例如，長度、寬度、直徑、取向等），以便根據實施方式以期望的方式修改輸入光學信號108的相位輪廓。複數個超表面122和124可以改變輸入光學信號108的每個光學信號的相位輪廓以產生輸出光學信號110。在此更詳細地描述了複數個超表面122和124的示例性結構。
在實施例中，複數個超表面122和124可以改變第一、第二和第三光學信號112、114和116中的每個的傳播方向，以組合、分割和/或重新佈置第一、第二和第三光學信號112、114和116，以在輸出孔120處產生輸出光學信號110。例如，在所描繪的實施例中，輸出光學信號包括第一光學信號125、第二光學信號127和第三光學信號129。即，輸入光學信號108和輸出光學信號110可以包括相同數量的光學信號。在這樣的實施例中，光學信號操縱裝置104是光學扇入或扇出裝置。在這樣的實施例中，輸入光纖102可以包括具有第一纖芯佈置的多纖芯光纖（例如，類似於圖1B中描繪的多纖芯光纖128），並且輸出光纖106可以包括具有第二纖芯佈置的單纖芯光纖陣列（例如，類似於本文中關於圖1C描述的單纖芯光纖陣列134）。當從輸入光纖102發射輸入光學信號108時，輸入光學信號108可以在輸入孔118處具有與輸入光纖102內的纖芯的佈置相對應的第一空間佈置。複數個超表面122和124可以改變第一、第二和第三光學信號112、114和116的相位輪廓，以不同的方式傾斜其波前，使得輸出光學信號的光學信號在輸出孔120具有第二空間佈置，其對應於輸出光纖106中的纖芯的佈置。在實施例中，輸入光學信號108經由複數個超表面122和124被路由，使得輸入光學信號108的每個光學信號被路由至輸出光纖106的單個纖芯。在實施例中，複數個超表面122和124被設計成使得輸出光學信號110的第一、第二和第三光學信號125、127和129的光場輪廓與輸出光纖106的光纖模態輪廓一致，以提供低損耗轉換。
在實施例中，輸入光纖102和輸出光纖106均包括類似的纖芯佈置（例如在多纖芯光纖或單纖芯光纖陣列中），並且光學信號操縱裝置104操縱輸入光學信號108的光學信號的相位輪廓，以改變光學信號的空間佈置。輸入光學信號108的光學信號可以保持彼此不同，但是具有不同的整體空間佈置。例如，輸出光學信號110的第一光學信號125可以從光學信號操縱裝置104發射到輸出光纖106的纖芯中，纖芯的位置與輸入光纖102的纖芯的位置相對應（其中輸入光學信號108的第一光學信號112被傳播）。在這種情況下，第一光學信號125可以不與第一光學信號112相對應，而可以與第二光學信號114相對應。即，雖然可以維持光學信號的整體佈置，但是可以透過光學信號操縱裝置104來調整信號的相對順序。這樣的實施例在本文中稱為光纖模態混洗器，其中透過複數個超表面122和124來改變光學信號的順序。
在實施例中，複數個超表面122和124可以分離或組合輸入光學信號108的光學信號，使得輸出光學信號110中的光學信號的數量不同於輸入光學信號108的光學信號的數量。例如，在實施例中，光學信號操縱裝置104可以被實現為光纖耦合器（例如1x2光耦合器或1x4光耦合器），其中來自輸入光學信號108的每個光學信號的功率被分流並發射到輸出光纖106的複數個不同纖芯。在實施例中，複數個超表面122和124可以包括具有結構佈置的複數個奈米結構，結構佈置基於輸出光學信號110的光學信號的期望功率分佈以及輸出光纖106處的纖芯的佈置。
在實施例中，光學信號操縱裝置104可以以各種方式組合輸入光學信號108的光學信號以獲得期望的輸出光學信號110。例如，在實施例中，複數個超表面122和124可以被構造為組合輸入光學信號108中的兩個光學信號以獲得作為90度光混合器的操作。例如，可以修改第一光學信號112和第二光學信號114的不同部分的相位輪廓，使得不同部分與預定的相位差組合。在實施例中，如果第一光學信號112被稱為A並且第二光學信號114被稱為B，則複數個超表面122和124可以將第一和第二光學信號112和114與四個不同的相位組合相組合以實現正交組合A + B、A-B、A + jB和A – jB。這樣的輸出光學信號110可以用於相干光偵測或決定輸入光學信號108的光學信號的幅度和相位。
在實施例中，複數個超表面122和124中的每一個的複數個奈米結構被特別地定制以實現本文描述的任何功能。現在將更詳細地描述光學信號操縱裝置104的複數個超表面122和124的潛在結構和實施方式的各種示例。
圖2A示意性地描繪了超表面200的一部分。在實施例中，超表面200可被實現為本文關於圖1A描述的光學信號操縱裝置104的複數個超表面122和124之一。超表面200包括設置在透射基板206上的複數個奈米結構204。在實施例中，透射基板206對應於本文關於圖1A描述的光學信號操縱裝置104的透射基板121。在實施例中，透射基板206由玻璃、聚合物或其他合適的材料構成，玻璃、聚合物或其他合適的材料在被操縱的光學信號的光譜範圍內是透明的。在實施例中，超表面200包括包層（未示出）。包層可以被配置為減輕與複數個奈米結構204相互作用的光學信號的損失，或者保護多個奈米結構免受損壞，或其任何組合。包層可以設置在透射基板206上並且圍繞複數個奈米結構204。在實施例中，包層可以是包圍奈米結構的空氣或一些其他環境氣體。
複數個奈米結構204可將突發的相變引入與其相互作用的光學信號中。在實施例中，在超表面200內的特定位置處的相位響應取決於複數個奈米結構204的結構參數（例如長度、寬度、直徑、相對於光傳播方向的幾何取向）。透過改變複數個奈米結構204的幾何參數，由超表面200產生的相位響應可以根據特定光線入射在超表面200上的特定位置而在空間上變化。在實施例中，取決於複數個奈米結構204的佈置，可以以各種方式修改光的傳播方向、幅度和相位。在所描繪的實施例中，複數個奈米結構204中的每一個設置在單位單元232（例如像素）中。在實施例中，複數個奈米結構中的每個奈米結構都被設置在單位單元232內的中央。在實施例中，單位單元232是正方形的，使得複數個奈米結構204中的每一個的中心彼此間隔單位單元232的長度。在實施例中，單位單元232的長度可以小於或等於由超表面200操縱的光的波長。在實施例中，單位單元232可以具有大約500nm的長度。在實施例中，單位單元232的幾何形狀可以取決於工作波長窗口。
在實施例中，奈米結構204由取決於工作波長窗口的材料形成。例如，在操縱的光學信號在O波段（1260 – 1360 nm）、C波段（1530 – 1565 nm）、L波段（1565 – 1625 nm）中的實施例中，複數個奈米結構204可以由結晶矽、非晶矽、氮化矽和硫族化物玻璃構成。在操縱的光學信號處於較短的波長窗口（例如850-940 nm）中的實施例中，其他合適的材料（如氧化鈦和氮化矽）可以用於複數個奈米結構204。在實施例中，複數個奈米結構204中的不同奈米結構可以由不同的材料構成。
複數個奈米結構204中的每一個如何影響與之相互作用的光，可以取決於複數個奈米結構204中的每一個的一或多個特性。可以影響光的奈米結構204的性質的示例，可以包括奈米結構204的高度（例如，奈米結構204的遠離基板206延伸的尺寸）、奈米結構的截面輪廓（例如，超材料的截面形狀）、奈米結構的截面積、奈米結構的體積、奈米結構的直徑、奈米結構的介電性質、奈米結構的介電性質與通透基板206的介電性質之間的相對差、奈米結構的介電性質與包層的介電性質之間的相對差，或它們的任意組合。在具體實施例中，複數個奈米結構204可以是多級超表面的一部分，其中具有第一組參數的第一複數個奈米結構堆疊在包括第二組參數的第二複數個奈米結構的頂部。多層超表面可以包括任何數量的奈米結構。在具體實施例中，堆疊中的不同奈米結構可以具有不同的介電性質或其他性質。
仍然參考圖2A所示，複數個奈米結構204可以具有各種不同的尺寸和形狀，以改變所需構件中的光學信號的相位輪廓。例如，在所描繪的實施例中，複數個奈米結構204包括第一複數個奈米結構208、第二複數個奈米結構210和第三複數個奈米結構212。第一複數個奈米結構208包括第一複數個奈米結構214、第二複數個奈米結構216、第三複數個奈米結構218和第四複數個奈米結構220。第一、第二、第三和第四奈米結構214、216、218和220分別是實質上圓柱形的，但是具有變化的直徑以在入射的光學信號中引起空間變化的相位變化。第二複數個奈米結構210包括第一奈米結構222和第二奈米結構224。第一奈米結構222和第二奈米結構224均是實質正方形的柱，但是具有變化的邊長以在入射的光學信號中引起空間變化的相位變化。第三複數個奈米結構212包括第一奈米結構226、第二奈米結構228和第三奈米結構230。第一、第二和第三奈米結構226、228和230分別是實質上六邊形的柱，但是具有變化的軸向長度（例如，高度）以在入射的光學信號中引起空間變化的相位變化。如所描繪的複數個奈米結構204所例示的，可以在本文所述的超表面中使用各種不同的幾何形狀。在具體實施例中，奈米結構可以具有任何截面輪廓，例如圓形、三角形、正方形、矩形、五邊形、六邊形、其他幾何截面輪廓，其他形狀的截面輪廓或以上之任何組合。
圖2B示意性地示出了結合有超表面236的光學裝置234。在實施例中，光學裝置234可對應於本文關於圖1A描述的光學信號操縱裝置104的一部分。超表面236包括設置在透射基板238上的複數個奈米結構244、246、248、250、252、254、256、258和260。複數個奈米結構244、246、248、250、252、254、256、258和260被嵌入設置在透射基板238上的包層240中。在實施例中，包層240由基於聚合物的材料（例如，SU8）、玻璃或其他合適的材料構成。包層240可以被配置為減輕與複數個奈米結構244、246、248、250、252、254、256、258和260相互作用的光學信號的損失和/或保護複數個奈米結構244、246、248、250、252、254、256、258和260。在實施例中，包層240由具有比複數個奈米結構244、246、248、250、252、254、256、258和260低的折射率的材料構成。
在圖2B所示的實施例中，超表面236是以反射模態操作的反射超表面，其中光與複數個奈米結構244、246、248、250、252、254、256、258和260多次相互作用。為了促進反射操作，光學裝置234包括設置在包層240上的反射器242。光可以透過透射基板238進入光學裝置234，第一次與複數個奈米結構244、246、248、250、252、254、256、258和260相互作用，反射離開反射鏡242，然後第二次與複數個奈米結構244、246、248、250、252、254、256、258和260相互作用。光和超表面236之間的這種多重相互作用，可以影響複數個奈米結構244、246、248、250、252、254、256、258和260的幾何設計。在實施例中，反射器242由在工作波長窗口處反射的任何合適的材料構成。在實施例中，反射器242由諸如金的金屬構造。
在實施例中，包層240的一部分可以位於超表面236的端面262（例如，在奈米結構的端部）與反射器241之間。在這樣的實施例中，可以在端面262和反射器242之間形成距離266。距離266足以減輕穿過超表面236並被反射器242反射的光學信號的損失。在實施例中，距離266可以是大約500奈米。在實施例中，距離266可以大於或等於0μm並且小於或等於3μm（例如，小於或等於2μm、小於或等於1μm）。
應當理解的是，儘管圖2B描繪了垂直於複數個奈米結構244、246、248、250、252、254、256、258和260、透射基板238、包層240和/或反射器242的光場，應該意識到情況可不確實如此。例如，在實施例中，光場可以以不垂直於任何前述結構的角度到達和/或離開，並且該角度可以影響生成所需輸出信號所需的複數個奈米結構244、246、248、250、252、254、256、258和260的空間佈置和幾何構型。
如圖2B所示，複數個奈米結構244、246、248、250、252、254、256、258和260具有空間變化的幾何輪廓。複數個奈米結構244、246、248、250、252、254、256、258和260中的每一個包括具有相同高度（例如，在垂直於透射基板238的方向上延伸）的實質圓柱形的柱。在實施例中，複數個奈米結構244、246、248、250、252、254、256、258和260的直徑從左到右增加，以傾斜的方式改變光學信號的相位輪廓。例如，圖2C描繪了由本文關於圖2B描述的光學裝置234的單位單元267引起的相變的圖，作為在特定波長下單位單元267中包含的柱直徑的函數。如圖所示，透過在60nm和460nm之間改變柱直徑，可以在0到2π之間的任何地方調整入射光學信號的相位改變。因此，透過調節複數個奈米結構244、246、248、250、252、254、256、258和260內的柱直徑的佈置，可以實現不同的相移分佈。
圖2B中描繪的光學裝置234的示例性佈置是示例性的，例如，具有從左到右連續增加的柱直徑，可以用來傾斜輸入信號的波前並改變輸入信號的傳播方向。可以組合複數個這樣的光學裝置234以各種方式修改複數個不同的光學信號的傳播方向，以實現本文描述的任何功能。本文所述的光學信號操縱裝置的複數個超表面中的每個超表面可以充當具有特定相位輪廓的相位板。可以透過包括波前匹配方法、伴隨分析方法（例如，伴隨優化方法）或其任意組合在內的各種方法，來設計用於實現本文所述任何功能的複數個超表面的相位輪廓（例如光纖模態混洗器、光纖扇出裝置、光纖耦合器、功率分配器、光學混合器）。
在波前匹配方法中，可以將向前傳播的輸入場與向後傳播的目標場進行比較，以獲得每個超表面的場差。差異可以透過相板的級的設計來補償，從而導致場的精確匹配。可以迭代地執行這樣的步驟以達成設計。基於使用波前匹配方法進行的分析，可以將複數個超表面設計成具有可以產生裝置的低損耗和低串擾效能的相位輪廓。
在伴隨分析（例如伴隨優化）中，可以將設計的品質因數（FOM）定義為每個單獨的輸入和輸出對的功率透過量。給定FOM，就可以計算出FOM關於每個設計參數的導數。在具體實施例中，可以根據每個超表面處的傳播場來計算FOM的導數。給定導數，可以使用基於梯度的高效非線性增強例程（例如共軛梯度（CG）、牛頓CG、循序最小二乘編程（SLSQP）、Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno（BFGS）算法等）可用於搜索增強型相位輪廓。根據應用，可以有效地添加其他FOM（例如，當可以將其作為設計變量或字段變量的解析表達式編寫時）。例如，為了降低相位遮罩的複雜性，可以將與每對相鄰像素（或單元）之間的相位值的平均差相對應的FOM項添加到分析中。在其他示例中，代替增強所有通道的平均損耗，可以最小化所有通道中的最壞情況（最大）損耗，或者可以增強根據特定分佈（例如，通道頻寬）的損耗。
在其中形成了複數個超表面的各種結構，例如本文相對於圖2A和圖2B所描述的超表面200和236，可以結合到一光學信號操縱裝置，如下述。
圖3以截面示意性地描繪了光學裝置300的示例。在實施例中，可以使用光學裝置300代替在此相對於圖1A描述的光學信號操縱裝置104。光學裝置300包括複數個透射超表面310。在所描繪的實施例中，複數個透射超表面310包括n個超表面。在實施例中，n大於或等於2（例如，大於或等於3、大於或等於5、大於或等於10、大於或等於50、大於或等於100）。每個透射超表面310包括複數個奈米結構（例如，類似於關於圖2A中描繪的超表面200描述的複數個奈米結構204）。複數個透射超表面310中的每一個均設置在透射基板307的表面上。透射基板307彼此堆疊，使得來自輸入光纖302（被描述為單纖芯光纖陣列）的輸入光學信號在被發射到輸出光纖304（描繪為多纖芯光纖）中之前入射在複數個透射超表面310中的每一個上。雖然其上佈置了複數個透射超表面310之一的每個透射基板307被描述為相同，但是應當理解並非必須如此（例如，複數個透射基板307中的不同透射基板可以具有變化的厚度和/或由不同材料製成）。
光學裝置300還包括一或多個隔離物315和一種或多種光學透明黏合劑（OCA）320，其位於複數個透射基板307之一與佈置在複數個透射基板307中的另一個上的透射超表面310之一之間。光學裝置300可包括任何數量的超表面，以執行本文所述的任何功能。在實施例中，透射基板307的數量可以與複數個透射超表面310中的超表面的數量相同。可以基於光學裝置300的期望相位輪廓來決定層的數量。
在實施例中，複數個透射基板307中的每一個被配置為支撐複數個透射超表面310之一。透射基板307可具有一或多個定義結構的參數，例如高度（ h）。在實施例中，複數個透射超表面310可以包括一或多個光學透射奈米結構，其被配置為使穿過其中的光學信號（例如，光）的相位輪廓移位。複數個透射超表面310中的每一個可以被定位成與至少一個透射基板307接近或接觸。複數個透射超表面310的結構可以具有一或多個定義奈米結構的參數，例如截面輪廓、截面面積或高度，以及其他示例。在實施例中，可以將透射超表面310中的每一個設計成具有不同的相位輪廓並且產生組合的相位輪廓。在實施例中，基於光學裝置300的期望的組合相位輪廓，一或多個複數個透射超表面310可以具有與光學裝置300中的其他複數個透射超表面310不同的參數。
在實施例中，間隔墊315可以位於兩個不同的透射基板307之間，並且可以被配置為在不同的透射基板307之間產生空間325。間隔墊315可以被定位成鄰近於第一透射基板307和第二透射基板307或與第一透射基板307和第二透射基板307接觸以產生空間325。複數個透射超表面310之一可以位於由間隔墊315產生的空間325中。間隔墊315可以具有一或多個定義結構的參數，例如高度。在具體實施例中，光學裝置300中的每個間隔墊315可以具有相同的參數。在具體實施例中，一或多個間隔墊315可以具有與光學裝置300中的其他間隔墊315不同的參數（例如，一或多個間隔墊315的高度可以是不同的）。任何數量的間隔墊315可以位於不同的基板之間。
OCA 320可以定位在由間隔墊315創建的空間325中。OCA 320可以是液體OCA或凝膠OCA或其任何組合的示例。OCA 320可以是光透射材料。OCA 320可以被配置為保護複數個透射超表面310。OCA 320可以被定位成使得超表面被定位成與透射基板307的表面接近或接觸，並且還被定位成與OCA 320接近或接觸。在實施例中，OCA 320可以位於一或多個超表面與透射基板307之間。在具體實施例中，OCA 320可以是折射率匹配物質的示例，其中OCA 320的折射率可以類似於一種或多種周圍材料的折射率。
如圖3所示，輸入光纖302相對於複數個透射超表面310-a中的第一個以間隔開的關係被保持。在實施例中，複數個透射超表面310-a中的第一個限定光學裝置300的輸入孔312。輸入孔312可以與輸入光纖302的一端相距第一距離d 1。輸出光纖304相對於光學裝置300的輸出孔314以空間關係被保持。輸出孔314可以由複數個透射基板307之一的表面形成。在實施例中，輸出孔314形成在複數個透射基板307之一的表面上，此表面不包括透射超表面310之一。
在實施例中，基於第一距離d 1、第二距離d 2、輸入光纖302中的纖芯的空間佈置、輸出光纖304中的纖芯的空間佈置、輸入光學信號中的光學信號的數量和佈置、發射到輸出光纖304的輸出光學信號中的光學信號的期望數量和佈置、以及這些輸出信號的理想組成中的至少一個，來設計複數個透射超表面310的組合相位輪廓（例如，其中的複數個奈米結構的結構佈置）。例如，如圖所示，輸入光纖302包括單纖芯光纖陣列，而輸出光纖304包括多纖芯光纖。在這種情況下，光學裝置300可以被實現為光纖扇入裝置，其中複數個透射超表面310將輸入光纖302的纖芯光學耦合到輸出光纖304的纖芯。例如，複數個透射超表面310-a中的第一個可以準直從輸入光纖發射的每個光學信號，並且複數個透射超表面310-a、310-b和310-n中的另外一個可以重新引導和聚焦光學信號，以使光學信號以對應於輸出光纖304的纖芯的方式佈置在輸出孔314處。可以修改複數個透射超表面310的組合相位輪廓，以獲得本文所述的光學信號操縱裝置104的任何功能。
圖4A至圖4E示意性地描繪了可以用作本文相對於圖1A所描述的光學信號操縱裝置104的光學裝置的示例。圖4A至圖4E中所示的光學裝置可為使用反射表面在不同超表面之間傳遞光的光學裝置折疊設計的示例。本揭示內容不限於所說明的快速光學裝置配置。圖4A至圖4E中所示的任何光學裝置配置的任何特徵，都可以與圖4A至圖4E所示的任何光學裝置配置的任何其他特徵組合。首先參考圖4A描述光學裝置的各態樣，但在圖4B至圖4E省略了對它們的說明。在圖4A至圖4E中的光學裝置中，相似編號或相似實施的特徵可以類似地處理。圖4A至圖4E描繪了具有四個超表面的光學裝置。然而，圖4A至圖4E的光學裝置可以配置成任何數量的超表面（例如，一個超表面、兩個超表面、三個超表面、四個超表面、五個超表面、六個超表面、七個超表面、八個超表面、九個超表面或十個超表面、或更多）。在圖4A至圖4E中圖示的圖可以是光學裝置的截面圖。
圖4A示意性地描繪了光學裝置401，光學裝置401包括定位成鄰近或接觸複數個超表面410的透射基板405、第一反射器415和第二反射器420。複數個超表面410中的每個可包括複數個奈米結構（例如，類似於本文中關於圖2A和2B所述的超表面200和236的奈米結構）。在所描繪的實施例中，複數個超表面410設置在透射基板405的表面460上。透射基板405、複數個超表面410、第一反射器415和第二反射器420可示出折疊設計，其中光在兩個反射器415和420之間反彈，並基於跟隨反射路徑的光與超表面410相互作用。光學裝置401可包括任何數量的超表面，以執行本文所述的任何功能。例如，光學裝置可以包括第一超表面410-a、第二超表面410-b、第三超表面410-c或任何數量的超表面410- n。透射基板405可具有一或多個定義結構的參數，例如高度或截面積。
在實施例中，複數個超表面410可以包括複數個奈米結構，其被配置為使穿過奈米結構的光學信號（例如，光）的相位輪廓移位。超表面410中的每一個可被定位成鄰近透射基板405或與透射基板405接觸。超表面410的奈米結構可以具有一或多個定義奈米結構的參數，例如截面輪廓、截面面積或高度。在實施例中，複數個超表面410中的每一個可以被設計成具有不同的相位輪廓，以提供適合於光學裝置401的特定功能的組合的相位輪廓。在實施例中，基於光學裝置401的期望的組合相位輪廓，複數個超表面410中的一或多個可具有與光學裝置401中複數個超表面410中的其他超表面不同的參數。在實施例中，光學裝置401中的複數個超表面410中的每個可具有相同的參數。
參照圖4A，第一反射器415可以設置在透射基板405的表面470上。第一反射器415可以被配置為沿著光學路徑反射光學裝置401中的光學信號，並且反射至複數超表面410的每個後續級、到第二反射器420或其任何組合。在實施例中，第一反射器415可以在光學裝置401的工作波長窗口處由合適的反射材料形成，例如金。在實施例中，第一反射器415可以包括塗覆有這種反射材料的結構層。第二反射器420可以定位在複數個超表面410附近或鄰近處。第二反射器420可以被配置為沿著光學路徑反射光學裝置401中的光學信號，並且反射至複數超表面410的每個後續級、到第一反射器415或其任何組合。第二反射器420可以由與第一反射器415類似的材料形成。
在實施例中，光學裝置401可以包括設置在透射基板405和第二反射器420之間的表面460上的包層425。在實施例中，包層425保護複數個超表面410的奈米結構免受損壞，並減輕與超表面410相互作用的光學信號的損失，或其任何組合。在實施例中，可以在複數個奈米結構與第二反射器420的表面之間形成距離（例如，類似於參照圖2B描述的距離266）。
第一反射器415、第二反射器420和超表面410可以被配置為沿著光學裝置401中的期望的光學路徑引導光學信號。在具體實施例中，第一反射器415和第二反射器420的一或多個位置可以被配置為沿不同方向重定向光。例如，光學信號可以以與反射器的平面近似正交的角度入射在第一和第二反射器415和420中的一個上，並且反射器可以被配置為沿不同方向引導光學信號。在實施例中，複數個超表面410中的每一個可以被配置為改變光學信號的方向。在實施例中，第一反射器415、第二反射器420或複數個超表面410中的至少一個或它們的任何組合可以被配置為改變光學信號的傳播方向。
仍參照圖4A，光學裝置401可包括用於將輸入光學信號接收到光學裝置401中的輸入孔430，或用於從光學裝置401輸出輸出光學信號的輸出孔435，或以上兩者。在所繪製的實施例中，光學裝置401、輸入孔430和輸出孔435由第一反射器415形成。第一反射器415的一或多個側壁440可以形成輸入孔430。同樣的，第一反射器415的一或多個側壁445可以形成輸出孔435。在具體實施例中，第一反射器415可以形成一個孔（例如，輸入孔430或輸出孔435），第二反射器420可以形成另一個孔（例如，輸入孔430或輸出孔435）。
在圖4A所示的光學裝置401中，複數個超表面410中的每一個都設置在透射基板405的相同表面460上。這樣的實施例是有益的，因為可以使用相同的光遮罩在相同的製造步驟中（例如，經由奈米光刻技術）形成複數個超表面410。這樣的處理有利地消除了對多個光遮罩和後續對準問題的需要。儘管出於這種原因這種佈置是有益的，但是可以想到其中複數個超表面410的一部分設置在表面460上並且複數個超表面410的其餘部分設置在透射基板405的表面470上的替代實施例，並且這在本揭示內容的範圍內。例如，圖4E示意性地描繪了光學裝置407，其中第一超表面410-a和第三超表面410-c設置在表面470上，而第二超表面410-b和另一個超表面410-n設置在表面460上。這樣的實施例可以包括佈置在表面470和第一反射器415之間的附加包層425-a。
在圖4所示的示例實施例中，複數個超表面410中的每一個被配置為反射超表面（例如，基於來自多次與其相互作用的光學信號的光來設計複數個超表面410中的每一個的相位輪廓）。設想了其中複數個超表面410的一部分被配置為透射超表面的實施例。例如，圖4B示意性地描繪了光學裝置402，其中第一超表面410-a設置在輸入孔430處並且被配置為透射超表面。另一示例光學裝置可以在輸出孔435處包括透射超表面。
在實施例中，輸入孔430和輸出孔435可以設置在透射基板405的相同側（如在圖4A中描繪的光學裝置401中）或在透射基板405的相對側（如在圖4B中描繪的光學裝置402中）。在圖4A至圖4B所示的示例中，輸入和輸出光纖450和455相對於輸入和輸出孔430和435間隔開地保持，使得光纖實質垂直於透射基板405延伸。在實施例中，輸入和輸出光纖450和455的任何組合可以與透射基板405（或輸入和輸出孔430和435）成一定角度保持。例如，圖4C描繪了光學裝置403，其中輸入光纖450包括平行於複數個超表面410延伸的拋光面，但是輸入光纖450的纖芯與複數個超表面410成一定角度延伸。這樣的配置可以有利地防止背反射干擾從輸入光纖450發出的輸入光學信號。圖4D示意性地描繪了光學裝置406，其中複數個超表面410設置在與輸入孔430相對的表面470上，並且輸入光纖450和輸出光纖455均包括這樣的拋光的成角度的表面。在實施例中，輸入光纖450和輸出光纖455可以包括大於或等於2度且小於或等於20度（例如，大於或等於8度且小於或等於12度）的拋光角。
在具體實施例中，光學裝置401、402、403、406或407可以被配置為諧振折疊設計的示例。在這樣的設計中，光學裝置的總體結構類似於折疊設計。折疊設計和諧振折疊設計之間的差異可以包括超表面的相位輪廓的設計。例如，在堆疊設計和折疊設計中，光與超表面相互作用的次數可能都是固定的。然而，在諧振折疊設計中，光可能與超表面互動相對大量的次數（例如，成百上千次），或者實質上是不定量或無限次的互動。在共振折疊設計中，透射基板405的表面460和470可形成法布里-珀羅（Fabry-Perot）腔，其中具有一或多個特定相位輪廓的超表面410位於這些表面附近。在具體實施例中，與其中超材料的單個級與光互動一次的設計相比，超材料的單個級410與光互動更強。
在實施例中，光學裝置401、402、403、406和407可以利用奈米光刻處理來製造。例如，圖5A至圖5F描繪了根據本文所公開的示例的用於製造光學信號操縱裝置（例如，本文相對於圖1A描述的光學信號操縱裝置104）的方法的示例。圖5A至圖5F之每一者示出了較大的光學裝置的切除部分的透視圖。每個圖中的切除部分已被限制為描繪如何形成光學裝置的各個態樣，但是可以預期其他結構並且在本揭示內容的範圍內。在此相對於圖5A至圖5E所描述的操作的任何組合或部分，可以用於形成本文所述的任何光學裝置。
圖5A示意性地描繪了用於製造光學信號操縱裝置的方法的第一操作的示例。第一操作可能不是光學裝置製造過程中的第一步，而是圖5A至圖5F中描述的第一操作。圖5A描繪了光學裝置501，光學裝置501包括基板510和超表面層515。第一操作可以包括形成基板510（例如，透過一或多個沉積步驟和/或一或多個蝕刻步驟）。基板510可以是本文描述的透射基板206、238、307和405的示例。在具體實施例中，基板510可以由玻璃或融合石英形成。在具體實施例中，可以生長而不是沉積基板510。沉積和生長的用詞可以在本文互換使用。在具體實施例中，作為第一操作的一部分，可將超表面層515沉積在基板510上。在實施例中，超表面層515可以是形成超表面的複數個奈米結構所用的材料的示例。
圖5B示意性地描繪了用於製造光學信號操縱裝置的方法的第二操作的示例。第二操作在參考圖5A描述的第一操作之後發生。在具體實施例中，在第一操作和第二操作之間可以發生其他步驟或操作。圖5B示出了光學裝置502，光學裝置502包括基板510、超表面層515和抗蝕劑層520。在第二操作中，將抗蝕劑層520沉積或塗覆在超表面層515上。在具體實施例中，抗蝕劑層520可以是硬遮罩材料或犧牲層或其任何組合的示例。
圖5C示意性地描繪了用於製造光學信號操縱裝置的方法的第三操作的示例。第三操作在參考圖5B描述的第二操作之後發生。在具體實施例中，在第二操作和第三操作之間可以發生其他步驟或操作。圖5C示出了光學裝置503，光學裝置503包括基板510、超表面層515和由抗蝕劑層520形成的複數個硬遮罩525。在第三操作中，去除抗蝕劑層520的一部分以形成複數個硬遮罩525。複數個硬遮罩中的每個硬遮罩525包括一或多個參數（例如截面輪廓、截面積或高度），其被配置為控制由複數個硬遮罩525產生的超表面層515中的超材料結構的參數。可以使用一種或多種蝕刻處理、電子束光刻、光刻、奈米壓印或其任何組合來形成複數個硬遮罩525。
圖5D示意性地描繪了用於製造光學信號操縱裝置的方法的第四操作的示例。第四操作在參考圖5C描述的第三操作之後發生。在具體實施例中，在第三操作和第四操作之間可以發生其他步驟或操作。圖5D描繪了光學裝置504，光學裝置504包括基板510和由超表面層515形成的複數個奈米結構530。基於複數個硬遮罩525的參數形成複數個奈米結構530。在第四操作中，去除複數個硬遮罩525和超表面層515的部分以形成複數個奈米結構530中的複數個奈米結構，複數個奈米結構530包括一或多個參數（例如截面輪廓、截面面積或高度），參數是根據最初位於超材料結構上方的硬遮罩的參數配置的。可以使用一種或多種蝕刻處理、電子束光刻、光刻、奈米壓印或其任何組合來形成複數個奈米結構530。在具體實施例中，上面列出的處理中的一個處理可以用作第四操作的一部分。在具體實施例中，上面列出的處理中的兩個或更多個處理可以用作第四操作的一部分。
圖5E示意性地描繪了用於製造光學信號操縱裝置的方法的第五操作的示例。第五操作在參考圖5D描述的第四操作之後發生。在具體實施例中，在第四操作和第五操作之間可以發生其他步驟或操作。圖5E示出了光學裝置505，光學裝置505包括基板510、複數個奈米結構530和包層535。在第五操作中，在基板510和複數個奈米結構530上沉積包層535。包層535可以是本文描述的包層240或包層425的示例。包層535可以被配置為保護奈米結構530免受損壞、減輕與奈米結構互動的光學信號的損失、或其任何組合。
圖5F示意性地描繪了用於製造光學信號操縱裝置的方法的第六操作的示例。第六操作在參考圖5D描述的第五操作之後發生。在具體實施例中，在第五操作和第六操作之間可以發生其他步驟或操作。圖5F示出了光學裝置506，光學裝置506包括基板510、複數個奈米結構530和包層535、以及反射器540。在第六操作中，沉積材料以形成反射器540。在具體實施例中，此材料是反射材料（例如，諸如金的金屬）。在具體實施例中，此材料塗覆有反射材料（例如，諸如金的金屬）以形成反射器540。反射器540可以形成為定位成靠近包層535或與包層535接觸。在具體實施例中，包層535位於奈米結構530和反射器540之間。反射器540可以是本文描述的反射器242、420和425的示例。
本文如圖5A至圖5E中所描述可稱為「自頂向下」的製造光學裝置的方法中，用於奈米結構的材料被放置在基板510上，如圖5A所示，透過諸如晶片鍵合和/或薄膜沉積處理的處理，諸如電漿增強化學氣相沉積（PECVD）、低壓化學氣相沉積（LPCVD）、原子層沉積（ALD）、熱蒸發、電子束蒸發、濺射等等。用於圖案化結構的技術（例如圖5B和5C）可以是光刻方法，例如電子束光刻、光刻、奈米壓印光刻或其任何組合。諸如自組裝的其他技術也可以用於圖案化裝置。取決於為裝置選擇的技術和材料，可以採用不同的抗蝕劑和蝕刻技術以將圖案轉移到超材料層，如圖5D所示（例如，此技術可以是乾式蝕刻技術，例如反應性離子蝕刻、感應耦合電漿蝕刻或離子銑削、或其任意組合）。在具體實施例中，可以在薄膜層的頂部（例如超表面層515）上添加另一層其他材料，以在蝕刻處理中用作硬遮罩，而不是使用抗蝕劑作為蝕刻遮罩。取決於設計，可以添加包層以保護或支撐此結構，可以使用本文所述的塗覆技術（例如旋塗）或沉積技術（例如如圖5E所示）來添加包層。可以使用本文所述的沉積技術（例如圖5F所示）將反射器（例如，金屬）層添加到包層的頂部。
本文相對於圖5A至圖5F所描述的操作方法的替代性方法，可以用於形成本文所述的任何光學信號操縱裝置。圖6A至圖6F示意性地描繪了用於製造光學信號操縱裝置的方法的示例。圖6A至圖6F之每一者示出了較大的光學裝置的切除部分的透視圖。每個圖中的切除部分已被限制為描繪如何形成光學裝置的各個態樣，但是可以預期其他結構與功能性。在此相對於圖6A至圖6E所描述的操作的任何組合或部分，可以用於形成本文所述的任何光學裝置。
圖6A描繪了用於製造光學信號操縱裝置的方法的第一操作的示例。第一操作可能不是光學裝置製造過程中的第一步，而是圖6A至圖6F中描述的第一操作。圖6A示出了光學裝置601，光學裝置601包括基板610和抗蝕劑層615。第一操作可以包括形成基板610（例如，透過一或多個沉積步驟和/或一或多個蝕刻步驟）。在具體實施例中，第一操作包括在基板610上沉積抗蝕劑層615。在具體實施例中，抗蝕劑層615可以是硬遮罩材料或犧牲層或其任何組合的示例。
圖6B示意性地描繪了用於製造光學信號操縱裝置的方法的第二操作的示例。第二操作在參考圖6A描述的第一操作之後發生。在具體實施例中，在第一操作和第二操作之間可以發生其他步驟或操作。圖6B示出了光學裝置602，光學裝置602包括基板610、抗蝕劑層615以及形成在抗蝕劑層615中的複數個腔620。在第二操作中，去除抗蝕劑層615的一部分以形成複數個腔620。在具體實施例中，可以蝕刻抗蝕劑層615的圖案。複數個腔中的每個腔620可以包括一或多個參數（例如，截面輪廓、截面積或高度），其被配置為控制由複數個腔620產生的奈米結構的參數。可以使用一種或多種蝕刻處理、電子束光刻、光刻、奈米壓印或其任何組合來形成複數個腔620。
圖6C示意性地描繪了用於製造光學信號操縱裝置的方法的第三操作的示例。第三操作在參考圖6B描述的第二操作之後發生。在具體實施例中，在第二操作和第三操作之間可以發生其他步驟或操作。圖6C示出了光學裝置603，光學裝置603包括基板610、超表面層625和抗蝕劑層615。在第三操作中，可以將超表面層625沉積在抗蝕劑層615上以及形成在抗蝕劑層615中的複數個腔620中。在具體實施例中，超表面層625可以是用於在完成的光學裝置中形成奈米結構的超材料的示例。超表面層625可以是在本文描述的超表面中使用的複數個奈米結構的示例。在具體實施例中，超表面層625在沉積之後還可包括複數個腔。在具體實施例中，沉積膜的厚度在整個裝置上可以是均勻的。在具體實施例中，填充複數個腔620的超表面層625的材料，可以在超表面層625中在其上方留下類似的腔。
圖6D示意性地描繪了用於製造光學信號操縱裝置的方法的第四操作的示例。第四操作在參考圖6C描述的第三操作之後發生。在具體實施例中，在第三操作和第四操作之間可以發生其他步驟或操作。圖6D示出了光學裝置604，光學裝置604包括基板610和由超表面層625形成的複數個奈米結構630，並且是基於複數個腔620的參數形成的。在第四操作中，去除超表面層625的部分和抗蝕劑層615的其餘部分，以形成（或暴露）複數個奈米結構630。複數個奈米結構中的每個超材料結構630包括一或多個參數（例如，截面輪廓、截面積或高度），這些參數基於將超表面層625沉積到其中的腔的參數而配置。在具體實施例中，可以將一種或多種化學物質施加到光學裝置604上，以去除剩餘的抗蝕劑層和在剩餘的抗蝕劑層之上的超材料。在具體實施例中，此過程可以稱為提離（lift-off）。可以使用一種或多種蝕刻處理、電子束光刻、光刻、奈米壓印或提離處理或其任意組合來形成複數個奈米結構630。在具體實施例中，上面列出的處理中的一個處理可以用作第四操作的一部分。在具體實施例中，上面列出的處理中的兩個或更多個處理可以用作第四操作的一部分。
圖6E描繪了用於製造光學信號操縱裝置的方法的第五操作的示例。第五操作在參考圖6D描述的第四操作之後發生。在具體實施例中，在第四操作和第五操作之間可以發生其他步驟或操作。圖6E示出了光學裝置605，光學裝置605包括基板610、複數個奈米結構630和包層635。在第五操作中，在基板610和複數個奈米結構630上沉積包層635。
圖6F示意性地描繪了用於製造光學信號操縱裝置的方法的第六操作的示例。第六操作在參考圖6E描述的第五操作之後發生。在具體實施例中，在第五操作和第六操作之間可以發生其他步驟或操作。圖6F示出了光學裝置606，光學裝置606包括基板610、複數個奈米結構630和包層635、以及反射器640。在第六操作中，沉積材料以形成反射器640。在具體實施例中，此材料是反射材料（例如，諸如金的金屬）。在具體實施例中，此材料塗覆有反射材料（例如，諸如金的金屬）以形成反射器640。反射器640可以形成為定位成靠近包層635或與包層635接觸。在具體實施例中，包層635位於奈米結構630和反射器640之間。
在此參照圖6A至圖6E描述的方法可被稱為「自下而上的方法」，其中，可以使用與自頂向下的方法（例如，參見圖6A和圖6B）類似的光刻技術首先創建所需結構的反圖案。然後可以在圖案化的抗蝕劑層615的頂部上生長薄膜層，以填充孔（例如，參見圖6C）。在提離處理之後（例如，參見圖6D），可以去除抗蝕劑層615以及抗蝕劑頂部的薄膜，並且將圖案轉移到薄膜層上，成為奈米結構。取決於設計，可以添加包層以保護或支撐結構，使用本文所述的塗覆技術（例如旋塗）或沉積技術（例如如圖6E所示）來添加包層。可以使用本文所述的沉積技術（例如圖6F所示）將反射器（例如，金屬）層添加到包層的頂部。 例子
以下每個示例對輸入光纖及其輸出光纖使用了相似的纖芯設計。在以下示例中，輸入和輸出光纖的纖芯（無論是單纖芯光纖陣列還是多纖芯光纖陣列）都具有相同的階躍折射率分佈設計，纖芯Δ為0.34％，纖芯半徑為4.4 µm，其中Δ是相對於純二氧化矽的相對折射率。相對折射率可以定義為
Figure 02_image001
(1) 其中 n是纖芯在1550 nm波長處的折射率，除非另有說明， n c 是1.444，這是未摻雜的石英玻璃在1550 nm波長處的折射率。
纖芯可在1550nm處具有約10.4μm的模場直徑。應當理解，也可以使用包括其他特徵的單模輪廓設計，例如漸變索引纖芯設計。本揭示內容不限於任何特定的纖芯或纖維結構。在實施例中，可以添加低折射率溝槽以減小彎曲損耗和纖芯間距。
圖7A至圖7C示意性地描繪了光學信號操縱裝置的各個態樣，光學信號操縱裝置被配置為取決於為其中的複數個超表面選擇的組合相位輪廓而用作多纖芯光纖耦合器、光纖模態混洗器或功率分配器。參照圖7A至圖7C描述的光學信號操縱裝置可具有與本文關於圖4B所述的光學裝置402相似的結構。透射基板405具有200μm的厚度。輸入和輸出光纖450和455都包含2x2多纖芯光纖，其纖芯與纖芯的間距為45 µm。輸入和輸出光纖450和455分別包含傾斜的拋光表面，拋光表面相對於複數個超表面410以8度的角度設置。輸入光纖450與輸入孔430以45μm的距離保持間隔，而輸出光纖455與輸出孔435以100μm的距離保持間隔。
圖7A1描繪了輸入孔1000，而圖7A2描繪了光學信號操縱裝置的輸出孔1002。輸入孔1000（例如，孔口罩）包括以對應於輸入光纖450的纖芯的方式成形的複數個開口。輸出孔902包括以與輸出光纖455的纖芯相對應的方式成形的複數個開口。在此示例中，假設將輸入光纖450保持為更靠近透射基板105，則輸入孔1000中的開口比輸出孔1002中的開口更靠近。
圖7B描繪了與光纖耦合器相關的第一組合相位輪廓1004。第一組合相位輪廓1004可以描繪光學信號操縱裝置的複數個超表面410的組合相位響應。組合的相位輪廓1004是對稱的，並且配置為將從輸入光纖450傳播的光學信號重定向到輸出光纖455中的相應通道（例如，在輸入光學信號和輸出光學信號之間保持光學信號的空間排列）。如圖所示，組合的相位輪廓1004包括特徵的對稱佈置，指示光學信號之間沒有交叉或組合。例如，第一超表面410-a可以準直輸入光學信號的四個光學信號，並將光學信號重定向到第二（反射）超表面410-b，第二超表面410-b可以將光學信號聚焦並重定向到輸出光纖455的相應光纖芯。
表1提供了當複數個超表面410具有組合的相位輪廓1004時，在輸入光纖450和輸出光纖455之間的各種通道對之間的模擬插入損耗。如圖所示，沿著輸入和輸出光纖450至455之間的通道間匹配實例，插入損耗相對較低，這表明光學信號操縱裝置成功地耦合了不同的多纖芯光纖的纖芯。 表1
MCF1\MCF2 1 2 3 4
1 0.129 47.6 65.1 97.8
2 47.6 0.129 100.6 65.0
3 66.1 94.0 0.130 47.0
4 95.1 65.9 47.0 0.130
圖7C描繪了與光纖模態混洗器相關聯的第二組合相位輪廓1006。第二組合相位輪廓1006描繪光學信號操縱裝置的複數個超表面410的組合相位響應。如圖7C中所示，組合的相位輪廓1006是不對稱的，並且包含不對應於多纖芯輸入和輸出光纖450和455中的纖芯的佈置的特徵佈置（特徵的每個佈置可以包括具有亞波長分離的複數個奈米結構，其被定位為操縱透過信號操縱裝置傳播的光學信號之一）。組合相位輪廓1006包括以不對應於與輸入孔1000和輸出孔1002相關聯的纖芯的佈置的方式佈置的複數個特徵。特徵的這種佈置可以指示複數個超表面410正在以不同的方式改變輸入光學信號的四個光學信號中的不同的波前傾斜，以改變光學信號的佈置。在所描繪的示例中，組合的相位輪廓1006可以使在輸入光纖450的第一通道中傳播的光學信號（與圖7A的輸入孔1000的開口1001相關聯）在輸出孔1002處與在輸入光纖450的第二通道中傳播的光學信號（例如，與圖7A的輸入孔1000的開口1003相關聯）切換位置。即，可以保持光學信號的整體空間佈置，但是可以透過光學信號操縱裝置調節光學信號的相對空間佈置。光學信號中的至少兩個可以在光學信號操縱裝置內相交，以改變光學信號在輸入孔1000和輸出孔1002之間的相對空間佈置。
表2提供了當複數個超表面具有組合相位輪廓1006時在輸入光纖450和輸出光纖455之間的各種通道對之間的模擬插入損耗。如圖所示，輸入光纖450的第二光通道被光學切換到輸出光纖455的第三通道，表明光學信號操縱裝置作為光纖模態混洗器成功運行。可以調節本文所述的光學信號操縱裝置的組合的相位輪廓，以實現輸入光纖和輸出光纖的任意組合之間的通道耦合的任何排列，從而證明本文所述的超表面的靈活性。 表2
MCF1\MCF2 1 2 3 4
1 0.139 60.6 60.1 72.3
2 60.2 102.8 0.137 58.9
3 60.0 0.136 88.5 60.6
4 81.2 61.8 61.2 0.135
透過調整參考圖7A至圖7C描述的示例性光學信號操縱裝置的組合相位輪廓，可以得到具有不同功能的光學信號操縱裝置。例如，圖8A示出了用作功率分配器的光學信號操縱裝置的第三組合相位輪廓1100。功率分配器可以被構造為類似於關於圖7A至圖7C描述的光學信號操縱裝置（例如，具有相同的輸入和輸出光纖佈置），其中修改了複數個超表面410的複數個奈米結構以實現第三組合相位輪廓1100。
第三組合相位輪廓1100包括與輸入光學信號的第一通道相關聯的第一複數個特徵1102（例如，透過圖7A的輸入孔1000中的第一個開口進入光學信號操縱裝置）。第一複數個特徵1102可以與第一超表面410-a相關聯，第一超表面410-a以不同的方式操縱透過第一通道傳播的光學信號的各個部分的相位輪廓。第一超表面410-a可以在空間上分離光學信號的各部分。第三組合相位輪廓1100還包括第二複數個特徵1104（例如與第二超表面410-b相關聯），其將光學信號的分離部分重定向到輸出光纖455的不同通道。表3示出了此示例的輸入光纖450和輸出光纖455之間的通道耦合的插入損耗。在表3中，插入損耗6.02 dB表示耦合到特定通道的光學信號的四分之一。如圖所示，輸入光纖450的第一通道基本上被分成四個相等的分量，四個相等的分量耦合到輸出光纖455的四個通道中的每一個，指示信號操縱裝置作為功率分配器成功運行。 表3
MCF1\MCF2 1 2 3 4
1 6.41 6.42 6.43 6.43
2 49.1 56.7 52.9 64.4
3 43.7 53.3 59.7 59.5
4 56.6 67.1 78.4 79.9
在另一個示例中，輸入光纖450的第三光通道可以被分成輸出光纖455的四個通道。圖8B描繪了類似於本文針對圖8A所述的光學信號操縱裝置的第四組合相位輪廓1106，但第四組合相位輪廓1106包括在空間上與輸入光纖450的第三通道（例如圖7A的輸入孔1000中的不同開口）對準的第一複數個特徵1108。第四組合相位輪廓1106包括第二複數個特徵1110，第二複數個特徵1110將由第一複數個特徵1108分離的光學信號的部分重定向到輸出光纖455的纖芯，以實現類似於本文針對圖8A所述的光學信號操縱裝置的功能。表4示出了此示例的輸入光纖450和輸出光纖455之間的通道耦合的插入損耗。在表4中，插入損耗6.02 dB表示耦合到特定通道的光學信號的四分之一。如圖所示，輸入光纖450的第三通道基本上被分成四個相等的分量，四個相等的分量耦合到輸出光纖455的四個通道中的每一個，指示信號操縱裝置作為功率分配器成功運行。在實施例中，在此相對於圖8A至圖8B描述的光學信號操縱裝置可以相反地操作以提供功率組合。 表4
MCF1\MCF2 1 2 3 4
1 80.4 61.4 54.6 55.4
2 70.7 61.3 64.3 79.5
3 6.40 6.41 6.40 6.41
4 55.3 54.7 52.2 63.4
相對於圖8A至圖8B描述的前述功率分配器示例實現了輸出光纖455的通道之間功率的均勻分配。可以調節複數個超表面410的組合的相位輪廓，以在輸出通道之間實現任何期望的任意功率分佈。例如，對於具有兩個超表面410的功率分配器，可以將用於功率分配器光學信號操縱裝置的品質因數（「FOM」）定義為
Figure 02_image003
(2) 其中power j代表輸入信號在通道j中路由到輸出光纖455的部分，而ratio j是目標分光比。然後可以使用根據等式1的期望的FOM（例如，在伴隨分析中）來構造複數個超表面410中的每一個的奈米結構。圖8C描繪了第五組合相位輪廓1112，其在功能上與圖8B中所示的第四組合相位輪廓1106相似，但是構造成根據等式2實現特定的功率比。表5提供了輸入光纖450的第三通道和輸出光纖455的所有通道之間的模擬耦合效率損失。輸出光纖455中的每個信號的功率比與透過圖8B的第四組合相位輪廓1106獲得的功率比不同，示出了透過此處描述的光學信號操縱裝置實現的分光比可以透過超表面構造任意地調節的情況。 表5
MCF 1\MCF 2 1 2 3 4
1 0 0 0 0
2 0 0 0 0
3 0.099 0.190 0.277 0.362
4 3e-4 1e-4 0 0
在另一個示例中，FOM可以被定義為
Figure 02_image005
(3) 其中n是可以根據目標分光比 ratio j n 的所需精度進行調整的超參數， power j n-1 表示通道j中輸入信號中路由到輸出光纖455的部分。在實施例中，超參數n可以從2變化到32（例如，從2增加到小於或等於32的數字，取決於分光比的期望精度），以實現有效的優化和分光準確性之間的平衡。然後可以使用根據等式3的期望的FOM（例如，在伴隨分析中）來配置光學信號操縱裝置的複數個超表面410中的每個的奈米結構。圖8D描繪了第六組合相位輪廓1114，其在功能上與圖8B中所示的第四組合相位輪廓1106相似，但是構造成根據等式3實現特定的功率比。表6提供了輸入光纖450的第三通道和輸出光纖455的所有通道之間的模擬耦合效率損失。輸出光纖455中的每個信號的功率比與透過圖8C的第五組合相位輪廓1112獲得的功率比不同，示出了透過此處描述的光學信號操縱裝置實現的分光比可以透過超表面構造任意地調節的情況。 表6
MCF 1\MCF 2 1 2 3 4
1 0 0 0 0
2 0 0 0 0
3 0.093 0.186 0.279 0.372
4 1e-4 4e-5 1e-5 0
圖9A至圖9C示意性地描繪了被配置為操作90度光學混合器的光學信號操縱裝置的各個態樣。參照圖9A至圖9C描述的光學信號操縱裝置可具有與本文關於圖4C所述的光學裝置403相似的結構。透射基板405具有200μm的厚度。輸入和輸出光纖450和455都包含2x2多纖芯光纖，其纖芯與纖芯的間距為45 µm。
圖9A1描繪了輸入孔1200，而圖9A2描繪了光學信號操縱裝置的輸出孔1202。輸入孔1200（例如，孔口罩）包括以對應於輸入光纖450的纖芯的方式成形的複數個開口。輸出孔1202包括以與輸出光纖455的纖芯相對應的方式成形的複數個開口。
圖9B描繪了用於光學信號操縱裝置的複數個超表面410的組合相位輪廓1204。在實施例中，90度光學混合器將透過輸入光纖450的纖芯傳播的兩個輸入模態A和B轉換為四個不同的輸出A + B、A – B、A + jB和A – jB。組合相位輪廓1204（例如，由與複數個超表面410相關聯的複數個奈米結構的結構佈置決定）被配置為重定向和組合具有不同相位的兩個輸入模態A + B的不同部分，從而實現在輸出孔1202處的期望輸出以與輸出光纖455耦合。光學混合器的複數個超表面410可包括大於或等於四個超表面，以產生組合的相位輪廓1204。
表7提供了在每個輸入和輸出端口對之間（例如，在輸入光纖450和輸出光纖455的每個不同的纖芯對之間）的插入損耗的模擬結果。假定零損耗對應於6.02（代表每個輸入信號的四分之一均等地分成輸出光纖455的四個不同通道中的每一個），則由複數個超表面引起的額外損耗似乎最大為0.4 dB。 表7
MCF 1\MCF 2 1 2 3 4
1 6.18 6.102 6.438 6.188
2 6.114 6.32 6.071 6.382
另外，為了有效地用作90度光學混合器，輸出光纖455的通道中的信號之間的相位差應為90度。即，第四輸出通道應與第一輸出通道具有90度的相位差，而第三輸出通道應與第二輸出通道具有90度的相位差。圖9C描繪了曲線圖1206，其描繪了分別在第一、第二、第三和第四輸出通道中的輸入信號的模擬相對相位。預測第一輸出通道具有139.90度的相位，預測第二輸出通道具有319.53度的相位，預測第三輸出通道具有48.90度的相位，並且預測第四輸出通道具有229.716度的相位。這樣，所需通道之間的相位差大約為90度，表示成功操作為90度光學混合器。相位差可能取決於工作波長。在實施例中，本文描述的光學信號操縱裝置在20nm頻寬內達到5度相位差精度。即，本文描述的光學信號操縱裝置可以提供在大於或等於85度且小於或等於90度的上述相位差，同時在20nm頻寬窗口內操作（例如，大於或等於1540 nm且小於或等於1560 nm）。
鑑於前面的描述，應當理解，包括複數個超表面的光學信號操縱裝置可以根據複數個超表面的組合相位輪廓在光纖傳輸系統中起到許多不同的功能。可以透過在空間上改變複數個超表面中的每一個中的複數個奈米結構的幾何參數來構造複數個超表面的組合的相位輪廓，以實現所服務的特定功能的任意相位輪廓。可以基於與光學信號操縱裝置互動的光學信號的數量和佈置以及要對光學信號執行的操作（例如，分割、組合、重新佈置）來構造超表面。組合相位輪廓圖的可配置性有助於容納光纖的多種不同佈置（例如，單纖芯光纖陣列、多纖芯光纖、光纖電纜或其任意組合）。如本文所述，與執行類似功能的現有裝置相比，本文所述的基於超表面的光學信號操縱裝置可以相對緊湊（例如，具有小於或等於1mm或小於或等於500μm或小於或等於300μm或小於或等於200μm的整體厚度）。此外，本文所述的光學信號操縱裝置可以使用奈米製造技術整體形成，從而提供對所構造的相位輪廓和裝置的操作的精確控制。
還應注意到，本文中對「至少一個」部件、要素等等的說明，不應用於產生冠詞「一」或「一個」的替代使用應限於單個部件、要素元素等等的推斷。
應注意到，本文中以特定方式「配置」以體現特定性質或以特定方式起作用的本揭示內容的部件的敘述是結構性敘述，而非預期用途的敘述。更特定而言，本文對部件「配置」的方式的引用表示部件的現有物理條件，並且因此將被視為部件的結構特徵的明確敘述。
已經詳細描述了本揭示內容的主題並且透過參考其特定具體實施例，應當注意到，本文揭示的各種細節不應被視為暗示這些細節涉及作為本文描述的各種具體實施例的必要部件的要素，即使在伴隨本說明書的每個附圖中示出了特定要素的情況下也是如此。此外，顯而易見的是，在不脫離本揭示內容的範圍（包括但不限於在所附申請專利範圍中限定的具體實施例）的情況下，修改和變化是可能的。更特定而言，儘管本揭示內容的一些態樣在本文中被標識為優選的或特別有利的，但是預期到本揭示內容不必限於這些態樣。
應注意到，以下請求項中的一或更多個使用用詞「其中」作為過渡用語。出於定義本技術的目的，應注意，此用詞在請求項中作為開放式過渡用語引入，此用語用於引入結構的一系列特徵的敘述，並且應當以與更常用的開放式前導用語「包含」來解譯。
100:光學系統 102:輸入光纖 103:第一光學裝置 104:光學信號操縱裝置 106:輸出光纖 107:第二光學裝置 108:輸入光學信號 110:輸出光學信號 112:第一輸入光學信號 114:第二光學信號 116:第三輸入光學信號 118:輸入孔 120:輸出孔 121:透射基板 122:超表面 123:傳播路徑 124:超表面 125:第一光學信號 127:第二光學信號 128:多纖芯光纖 129:第三光學信號 130:纖芯 132:公共包層 134:單纖芯光纖陣列 136:單纖芯光纖 138:殼體 140:v形凹槽 200:超表面 204:奈米結構 206:透射基板 214:奈米結構 216:奈米結構 218:奈米結構 220:奈米結構 222:奈米結構 224:奈米結構 226:奈米結構 228:奈米結構 230:奈米結構 232:單位單元 234:光學裝置 236:超表面 238:透射基板 240:包層 242:反射器 244:奈米結構 246:奈米結構 248:奈米結構 250:奈米結構 252:奈米結構 254:奈米結構 256:奈米結構 258:奈米結構 260:奈米結構 266:距離 267:單位單元 302:輸入光纖 304:輸出光纖 307:透射基板 310-a~310-n:透射超表面 312:輸入孔 314:輸出孔 315:隔離物 325:空間 401:光學裝置 405:透射基板 410-a~410-N:超表面 415:第一反射器 420:第二反射器 425:包層 430:輸入孔 435:輸出孔 440:側壁 445:側壁 450:輸入光纖 455:輸出光纖 460:表面 470:表面 501:光學裝置 502:光學裝置 503:光學裝置 504:光學裝置 505:光學裝置 506:光學裝置 510:基板 515:超表面層 520:抗蝕劑層 525:硬遮罩 530:奈米結構 535:包層 540:反射器 601:光學裝置 602:光學裝置 603:光學裝置 604:光學裝置 605:光學裝置 606:光學裝置 610:基板 615:抗蝕劑層 620:腔 625:超表面層 630:奈米結構 635:包層 640:反射器 1000:輸入孔 1002:輸出孔 1004:第一組合相位輪廓 1006:第二組合相位輪廓 1100:第三組合相位輪廓 1102:第一複數個特徵 1104:第二複數個特徵 1106:第四組合相位輪廓 1108:第一複數個特徵 1110:第二複數個特徵 1112:第五組合相位輪廓 1114:第六組合相位輪廓 1200:輸入孔 1202:輸出孔 1204:組合相位輪廓 1206:曲線圖
當結合以下附圖閱讀時，可以最好地理解下文對於本揭示內容的特定具體實施例的實施方式，其中類似的結構用類似的附圖標記表示，並且在附圖中：
圖1A示意性地描繪了根據本文描述的一或多個實施例的包括光學信號操縱裝置的光學系統；
圖1B示意性地描繪了根據本文所述的一或多個實施例的多纖芯光纖；
圖1C示意性地描繪了根據本文所述的一或多個實施例的單纖芯光纖陣列；
圖2A示意性地描繪了根據本文所述的一或多個實施例的包括複數個奈米結構的超表面；
圖2B示意性地描繪了根據本文描述的一或多個實施例的包括超表面和反射器的光學裝置；
圖2C示意性地描繪了根據本文描述的一或多個實施例的作為圖2B中所描繪的超表面奈米結構幾何形狀的函數的相移圖；
圖3示意性地描繪了根據本文描述的一或多個實施例的包括複數個透射超表面的光學裝置；
圖4A示意性地描繪了根據本文描述的一或多個實施例的在輸入光纖和輸出光纖之間操縱光學信號的光學裝置，光學裝置包括複數個反射超表面；
圖4B示意性地描繪了根據本文描述的一或多個實施例的在輸入光纖和輸出光纖之間操縱光學信號的光學裝置，光學裝置包括複數個反射超表面；
圖4C示意性地描繪了根據本文描述的一或多個實施例的在輸入光纖和輸出光纖之間操縱光學信號的光學裝置，光學裝置包括複數個反射超表面；
圖4D示意性地描繪了根據本文描述的一或多個實施例的在輸入光纖和輸出光纖之間操縱光學信號的光學裝置，光學裝置包括複數個反射超表面；
圖4E示意性地描繪了根據本文描述的一或多個實施例的在輸入光纖和輸出光纖之間操縱光學信號的光學裝置，光學裝置包括複數個反射超表面；
圖5A示意性地描繪了根據本文描述的一或多個實施例的，用於製造基於超表面的光學裝置的製造處理中的第一操作；
圖5B示意性地描繪了根據本文描述的一或多個實施例的，用於製造基於超表面的光學裝置的製造處理中的第二操作；
圖5C示意性地描繪了根據本文描述的一或多個實施例的，用於製造基於超表面的光學裝置的製造處理中的第三操作；
圖5D示意性地描繪了根據本文描述的一或多個實施例的，用於製造基於超表面的光學裝置的製造處理中的第四操作；
圖5E示意性地描繪了根據本文描述的一或多個實施例的，用於製造基於超表面的光學裝置的製造處理中的第五操作；
圖5F示意性地描繪了根據本文描述的一或多個實施例的，用於製造基於超表面的光學裝置的製造處理中的第六操作；
圖6A示意性地描繪了根據本文描述的一或多個實施例的，用於製造基於超表面的光學裝置的製造處理中的第一操作；
圖6B示意性地描繪了根據本文描述的一或多個實施例的，用於製造基於超表面的光學裝置的製造處理中的第二操作；
圖6C示意性地描繪了根據本文描述的一或多個實施例的，用於製造基於超表面的光學裝置的製造處理中的第三操作；
圖6D示意性地描繪了根據本文描述的一或多個實施例的，用於製造基於超表面的光學裝置的製造處理中的第四操作；
圖6E示意性地描繪了根據本文描述的一或多個實施例的，用於製造基於超表面的光學裝置的製造處理中的第五操作；
圖6F示意性地描繪了根據本文描述的一或多個實施例的，用於製造基於超表面的光學裝置的製造處理中的第六操作；
圖7A1描繪了根據本文描述的一或多個實施例的用於示例性光學裝置的輸入孔，光學裝置具有與圖4B中所示的光學裝置相對應的結構；
圖7A2描繪了根據本文描述的一或多個實施例的用於示例性光學裝置的輸入孔，光學裝置具有與圖4B中所示的光學裝置相對應的結構；
圖7B描繪了根據本文描述的一或多個實施例的具有圖7A的輸入和輸出孔的示例性光學裝置的第一組合相位輪廓，使得光學裝置作為光纖耦合器；
圖7C描繪了根據本文描述的一或多個實施例的具有圖7A的輸入和輸出孔的示例性光學裝置的第二組合相位輪廓，使得光學裝置作為模態混洗器；
圖8A描繪了根據本文描述的一或多個實施例的具有圖7A的輸入和輸出孔的示例性光學裝置的第三組合相位輪廓，使得光學裝置作為功率分配器；
圖8B描繪了根據本文描述的一或多個實施例的具有圖7A的輸入和輸出孔的示例性光學裝置的第四組合相位輪廓，使得光學裝置作為功率分配器；
圖8C描繪了根據本文描述的一或多個實施例的具有圖7A的輸入和輸出孔的示例性光學裝置的第五組合相位輪廓，使得光學裝置作為功率分配器；
圖8D描繪了根據本文描述的一或多個實施例的具有圖7A的輸入和輸出孔的示例性光學裝置的第六組合相位輪廓，使得光學裝置作為功率分配器；
圖9A1描繪了根據本文描述的一或多個實施例的示例性光學裝置的輸入孔，光學裝置被配置為作為90度光學混合器工作；
圖9A2描繪了根據本文描述的一或多個實施例的示例性光學裝置的輸出孔，光學裝置被配置為作為90度光學混合器工作；
圖9B描繪了根據本文描述的一或多個實施例的具有圖9A的輸入和輸出孔的示例性光學裝置的組合相位輪廓；和
圖9C描繪了根據本文描述的一或多個實施例的具有圖9B中描繪的組合相位輪廓的示例性光學裝置的輸出光學信號之間的相位圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:光學系統
102:輸入光纖
103:第一光學裝置
104:光學信號操縱裝置
106:輸出光纖
107:第二光學裝置
108:輸入光學信號
110:輸出光學信號
112:第一輸入光學信號
114:第二光學信號
116:第三輸入光學信號
118:輸入孔
120:輸出孔
121:透射基板
122:超表面
123:傳播路徑
124:超表面
125:第一光學信號
127:第二光學信號
128:多纖芯光纖
129:第三光學信號

Claims (23)

  1. 一種設備，包含： 一光纖輸入，該光纖輸入包括複數個輸入光纖芯，該複數個輸入光纖芯接收複數個輸入光學信號； 一光學信號操縱裝置，該光學信號操縱裝置包括： 一輸入孔，該輸入孔與該光纖輸入保持間隔開，以便在一第一空間佈置中接收該複數個輸入光學信號； 複數個超表面，該複數個超表面中的每個超表面包括複數個奈米結構，該複數個奈米結構彼此間隔開小於該複數個輸入光學信號的一波長；和 一輸出孔，其中該複數個超表面操縱該複數個輸入光學信號的相位輪廓以生成複數個輸出光學信號，其中該複數個輸出光學信號在該輸出孔處具有不同於該第一空間佈置的一第二空間佈置；和 一光纖輸出，該光纖輸出包括複數個輸出光纖芯，其中該光纖輸出相對於該光學信號操縱裝置的該輸出孔以一定的間隔保持，使得該複數個輸出光纖芯在該第二空間佈置中接收該複數個輸出光學信號，其中該光學信號操縱裝置包括下列之一者：一光纖模態混洗器、一光纖耦合器、功率分配器或一90度光學混合器。
  2. 如請求項1所述之設備，其中該光纖輸入包括一第一多纖芯光纖，並且該複數個輸入光纖芯佈置在該第一多纖芯光纖的一公共包層中。
  3. 如請求項2所述之設備，其中該複數個輸入光纖芯以與該複數個輸入光學信號的該第一空間關係相對應的一佈置設置在該公共包層中。
  4. 如請求項3所述之設備，其中該光纖輸出包括一第二多纖芯光纖，並且該複數個輸出光纖芯以與該複數個輸出光學信號的該第二空間關係相對應的一佈置設置在該第二多纖芯光纖的一公共包層中。
  5. 如請求項1所述之設備，其中該光纖輸入包括一第一單纖芯光纖陣列，並且該光纖輸出包括一第二單纖芯光纖陣列。
  6. 如請求項5所述之設備，其中該第一和第二單纖芯光纖陣列包括相同的纖芯間隔。
  7. 如請求項1所述之設備，其中該複數個超表面包括一第一超表面和一第二超表面，該第一超表面包括基於該第一空間佈置以一圖案佈置的一第一複數個奈米結構，使得該第一複數個奈米結構改變該第一超表面和該第二超表面之間的該複數個輸入光學信號的波前傾斜度。
  8. 如請求項7所述之設備，其中該第二超表面在該第二空間佈置中將該複數個輸出光學信號朝向該複數個輸出光纖芯重定向。
  9. 一種光纖模態混洗器，包括： 一透射基板，包括一輸入孔，該輸入孔用於從一輸入光纖接收複數個輸入光學信號； 複數個超表面，該複數個超表面中的至少一個超表面設置在該透射基板上，該複數個超表面中的每個超表面沿著該複數個輸入光學信號透過該透射基板的傳播路徑彼此分離，其中： 該複數個輸入光學信號與該複數個超表面的每個超表面互動，使得該複數個超表面修改該複數個輸入光學信號的相位輪廓以產生複數個輸出光學信號； 該複數個超表面中的每個超表面包括複數個奈米結構，該複數個奈米結構具有一結構佈置，該結構佈置係基於該輸入光纖的光纖芯的一佈置和該複數個輸出光學信號的一期望空間佈置而決定； 複數個超表面改變複數個輸入光學信號的波前傾斜，使得複數個輸出光學信號在該輸出孔處具有該期望空間佈置；和 一輸出孔，該輸出孔用於將該複數個輸出光學信號發射到一輸出光纖，該輸出光纖包括複數個光纖芯，用於以該期望空間佈置接收該複數個輸出光學信號，其中該輸出光纖的該複數個光纖芯佈置的方式與該輸入光纖的複數個光纖芯相同。
  10. 如請求項9所述之光纖模態混洗器，其中該複數個超表面的一組合相位輪廓包括一不對稱結構。
  11. 如請求項9所述之光纖模態混洗器，其中該複數個超表面的一組合相位輪廓包括以不對應於該輸入光纖和該輸出光纖的該等光纖芯的該等佈置的方式佈置的複數個特徵。
  12. 如請求項9所述之光纖模態混洗器，其中該複數個超表面中的每個超表面的該複數個奈米結構彼此間隔開小於該複數個輸入光學信號的一波長。
  13. 如請求項9所述之光纖模態混洗器，其中該輸入光纖和該輸出光纖包括多纖芯光纖。
  14. 如請求項9所述之光纖模態混洗器，其中該輸入光纖和該輸出光纖包括一單纖芯光纖陣列。
  15. 一種設備，包含： 一輸入光纖，該輸入光纖中傳播有一輸入光學信號； 一光纖耦合器，該光纖耦合器與該輸入光纖保持間隔開，該光纖耦合器包括： 一或多個輸入孔，該一或多個輸入孔用於接收一輸入光學信號； 一或多個輸出孔，該一或多個輸出孔用於從該光纖耦合器發射一輸出光學信號；和 複數個超表面，該複數個超表面沿著在該一或多個輸入孔和該一或多個輸出孔之間的該輸入光學信號的一傳播路徑佈置，其中： 該輸入光學信號與該複數個超表面中的每個超表面互動，使得該複數個超表面修改該輸入光學信號的一相位輪廓， 該複數個超表面中的每個超表面包括複數個奈米結構，該複數個奈米結構具有一結構佈置，該結構佈置係基於該輸入光學信號中的一第一光學信號數量、該輸出光學信號中的一第二光學信號數量、以及該輸出光學信號中的該等光學信號之間的一期望功率分佈來決定；和 一輸出光纖，該輸出光纖與該輸出孔保持間隔開，以接收該輸出光學信號。
  16. 如請求項15所述之設備，其中該輸入光學信號中的該第一光學信號數量等於該輸出光學信號中的該第二光學信號數量。
  17. 如請求項16所述之設備，其中該輸入光學信號中的該第一光學信號數量小於該輸出光學信號中的該第二光學信號數量。
  18. 如請求項17所述之設備，其中該光纖耦合器用作一功率分配器，該功率分配器將該輸入光學信號分成該輸出光纖的不同光纖芯。
  19. 如請求項15所述之設備，其中該輸入光學信號中的該第一光學信號數量大於該輸出光學信號中的該第二光學信號數量。
  20. 如請求項15所述之設備，其中： 該光纖輸入包括一單纖芯光纖，且該輸入光學信號包括一單光學信號； 該輸出光纖包括兩個或多個單纖芯光纖； 該複數個超表面中的一第一超表面的該複數個奈米結構在結構上被佈置為改變輸入光學信號的不同部分的波前傾斜，以分離該等不同部分；和 該複數個超表面中的一第二超表面的該複數個奈米結構在結構上被佈置為以與該輸出光纖的該等纖芯相對應的一佈置將分離的不同部分朝向該輸出孔引導。
  21. 一種設備，包含： 一輸入光纖，該輸入光纖具有複數個傳播透過其中的輸入光學信號； 一90度光學混合裝置，該90度光學混合裝置與該輸入光纖保持一定距離，該90度光學混合裝置包括： 複數個輸入孔，該複數個輸入孔用於接收複數個輸入光學信號； 複數個輸出孔，該複數個輸出孔用於從該光混合裝置發射複數個輸出光學信號；和 複數個超表面，該複數個超表面沿著該等輸入光學信號在該複數個輸入孔和該複數個輸出孔之間的一傳播路徑佈置，其中： 複數個輸入光學信號與複數個超表面中的每個超表面互動，使得複數個超表面修改該複數個輸入光學信號的相位輪廓， 該複數個超表面中的每個超表面包括複數個奈米結構，該複數個奈米結構在結構上被佈置為組合具有變化的相位差的複數個輸入信號以生成該複數個輸出光學信號，使得該複數個輸出光學信號中的每個輸出光學信號都包含該複數個輸入光學信號的不同組合；和 一輸出光纖，該輸出光纖與該輸出孔保持間隔開，以接收該輸出光學信號。
  22. 如請求項21所述之設備，其中： 該複數個輸入光學信號包括一第一信號和一參考信號；和 該複數個超表面將該第一信號與該參考信號的四個正交狀態混合以生成該複數個輸出光學信號。
  23. 如請求項22所述之設備，其中該輸入光纖和該輸出光纖中的至少一個包括2×2多纖芯光纖。
TW110103485A 2020-11-25 2021-01-29 用於光纖通訊的基於超表面的光學信號操控裝置 TW202221368A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063118324P 2020-11-25 2020-11-25
US63/118,324 2020-11-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202221368A true TW202221368A (zh) 2022-06-01

Family

ID=74759489

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110103485A TW202221368A (zh) 2020-11-25 2021-01-29 用於光纖通訊的基於超表面的光學信號操控裝置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20240012202A1 (zh)
EP (1) EP4252052A1 (zh)
CN (1) CN116508272A (zh)
TW (1) TW202221368A (zh)
WO (1) WO2022115121A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116243424A (zh) * 2023-05-09 2023-06-09 之江实验室 分束模式转换器及其设计方法、制备方法和光学装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115327696B (zh) * 2022-08-11 2023-09-19 武汉理工大学 空芯反谐振光纤可调谐反射器
WO2024086494A1 (en) * 2022-10-18 2024-04-25 Quantinuum Llc Distributed optimization for metasurface development

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020144165A (ja) * 2019-03-04 2020-09-10 有限会社オートクローニング・テクノロジー 折りたたみ集積型光回路
CN111090148B (zh) * 2019-12-06 2020-09-08 武汉大学 一种基于超表面透镜的多芯光纤复用和解复用装置及方法
CN111399127A (zh) * 2020-04-29 2020-07-10 武汉光谷信息光电子创新中心有限公司 光分束器及光学系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116243424A (zh) * 2023-05-09 2023-06-09 之江实验室 分束模式转换器及其设计方法、制备方法和光学装置
CN116243424B (zh) * 2023-05-09 2023-08-11 之江实验室 分束模式转换器及其设计方法、制备方法和光学装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN116508272A (zh) 2023-07-28
US20240012202A1 (en) 2024-01-11
WO2022115121A1 (en) 2022-06-02
EP4252052A1 (en) 2023-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW202221368A (zh) 用於光纖通訊的基於超表面的光學信號操控裝置
JPH1184277A (ja) 自己整合機械式ｍ×ｎ光スイッチ
CN108027476A (zh) 一种波导交叉
CN112034550B (zh) 基于悬空波导结构的氮化硅相控阵芯片
US20230054228A1 (en) Mode multiplexer/demultiplexer using metamaterials for optical fiber communications
US6934427B2 (en) High density integrated optical chip with low index difference waveguide functions
US20230085821A1 (en) Wavelength multiplexer/demultiplexer using metamaterials for optical fiber communications
US6614947B1 (en) Digital optical switch using an integrated mach-zehnder interferometer having a movable phase shifter
US6510259B1 (en) Optical switch using an integrated Mach-Zehnder interferometer having a movable phase shifter and asymmetric arms
US7349593B2 (en) Optical wavelength switch having planar lightwave circuit structure
US20230088292A1 (en) Mode multiplexer/demultiplexer using metamaterials for optical communication system, and optical communication
US20240126014A1 (en) Compact dual polarization couplers for multi-core optical fibers
JP2012220924A (ja) Ｎ×ｎ波長選択スイッチ
US6563965B1 (en) Analog optical switch using an integrated Mach-Zehnder interferometer having a moveable phase shifter
Dano et al. Compact and broadband asymmetric curved directional couplers using the silicon-on-insulator (SOI) platform
WO2023246406A1 (zh) 一种光栅耦合器
Song et al. Silicon Nanowire Waveguides and Their Applications in Planar Wavelength Division Multiplexers/Demultiplexers
Chi et al. Silicon-based monolithic 4× 4 wavelength-selective cross connect with on-chip micromirrors
CN115720114A (zh) 一种wdm器件、wdm-mdm混合器件及其光通信方法
Su et al. The application and analysis of MEMS optical switches
CN117950118A (zh) 反射式超构表面空分复用器件及光电子器件
Chi et al. Monolithic wavelength-selective switches and cross connects with integrated MEMS mirror array
Sun Demultiplexer based on integrated concave grating
ian Sun Demultiplexer Based on Integrated Concave Grating
Howley et al. Polymer waveguides and thermo-optic switches for an optical true time delay phased array antenna